天文學家認為測量重力波的回聲可以證實是否有霍金輻射


2017年兩顆中子星碰撞合併後重力波在宇宙間蕩漾開來,研究重力波數據的天文學家認為,他們可從霍金輻射的量子模糊(quantum fuzz)所發生的回聲,證實是否存在霍金輻射。

加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)的阿夫索迪(Niayesh Afshordi)表示:根據愛因斯坦的廣義相對論,任何東西超過事件視界便無法逃脫出來。但1974年史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)以量子力學預測,量子會緩慢地從黑洞中洩漏出來。依此理論,黑洞會遵循黑體輻射規則,發出像受熱物體所產生的輻射光譜,稱為霍金輻射,但是黑洞的超重質量,會導致僅能發射出超低能量的波。若存在這種輻射,意味著黑洞正在緩慢蒸發,可以解決黑洞信息的悖論。但是霍金輻射太微弱了,無法探測到。

先前,其他研究人員曾設計聲學黑洞實驗暗示霍金輻射存在,但是重力波觀測可以得到更為明確的答案。如果霍金輻射是真實的,那麼在黑洞的事件視界外部應該存在量子模糊現象,而這種模糊會產生重力波的回波(gravitational wave echoes),將在主要重力碰撞事件之後會產生較小的重力波信號,類似於回聲。研究人員在論文中分析GW170817重力波事件,認為他們看到與理論相匹配的觀測資料。但有科學家不同意此結果。例如,去年對GW 150914的重力波數據進行的分析中沒有發現霍金輻射的證據,認為該團隊所檢測可能是資料數據中的雜訊。由於訊號極微弱,或許需要更靈敏儀器才能確認到霍金輻射。

【圖:亞歷山大·格內茲洛夫(Alexander Gnezdilov);文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在已經出版的《宇宙科學與天體物理學》期刊

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